[发明专利]一种低成本两段还原制备纳米钨粉的方法

说明书

一种低成本两段还原制备纳米钨粉的方法，属于有色金属制备领域。在第一段以碳作为还原剂，三氧化钨为原料，温度范围在900‑1200℃之间进行缺碳还原，将大部分三氧化钨还原为钨粉，而保留少量的氧以避免碳的残留。第二段在600‑950℃之间用氢气作为还原剂除去第一段制备的预还原钨粉中少量的氧。本发明使用成本较低的碳作为还原剂将氧化钨中的大于90％的氧脱除，仅在第二段中使用极其少量的氢气，既可以避免碳的残留，又能保证钨粉的纯度，并极大的降低生产成本。相比于直接用氢气还原，碳还原氧化钨可以避免气相迁移机理造成的钨粉颗粒长大，从而获得粒度分布均匀的纳米钨粉。本发明制备的钨粉的平均粒度为40‑200纳米；原料成本低，产品纯度高，粒度小，工艺简单，生产效率高。

技术领域

本发明属于纳米粉体材料制备领域，公开了一种低成本两段还原制备纳米钨粉的方法，尤其涉及到一种纳米钨粉的制备方法。

背景技术

钨具有高密度、高熔点、高硬度、高耐磨性、低热膨胀系数、优异的导电导热性能以及良好的耐腐蚀性能，在许多领域得到了广泛的应用。例如：作为制造灯丝的原料，用于微波炉的磁控管，电触点，火箭发动机的点火管，航天器的热离子发射器，高动能击穿器的军事应用，火箭/喷气叶片的喷嘴和电子发射器，电网线，散热片护套以及用于切割工具和抗摩擦工具的超硬合金。

大颗粒钨粉在压成坯块后相对密度很低，制成的钨丝、钨块、钨板就会十分容易断裂，影响了钨材的使用和寿命。而纳米尺寸的钨粉，在烧结制成钨坯后，钨材的致密度有很大的提升，就能够比较好的解决大体积钨块容易脆断的问题。另外，人们在一些合金粉末方面关注较多，也对纳米粉末制备合金粉末做了大量的研究。发现使用纳米粉末制作合金在很大程度上降低了烧结的温度，使晶粒的尺寸更细更小，合金的塑性也得到了提高。所以用纳米钨粉烧结合成钨坯及其合金是提高钨系合金物理力学性能的最佳途径之一。

目前，工业上钨粉的制备主要采用氢气还原氧化钨的工艺。但是，在传统氢气还原氧化钨制备钨粉过程中，由于生成WO₂(OH)₂气相中间产物，导致钨粉颗粒的粗化而难以获得纳米的钨粉。虽然有很多其他的方法用于制备纳米钨粉，包括高能球磨，热等离子体技术，羰基钨热分解法，热化学反应法，低温熔盐制备等等，但是，这些方法由于成本、生产效率、工艺复杂等原因难以用于工业化生产纳米钨粉。

发明内容

本发明的目的是针对现有纳米钨粉制备工艺的不足，提供一种新的低成本、工艺简单、高效、适宜大规模工业化生产的制备纳米钨粉的方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

以三氧化钨和碳为主要原料，采用两段还原法，第一段以碳为还原剂进行缺碳还原，将大部分的三氧化钨还原为纳米钨粉，同时保留少量的二氧化钨；第二段以氢气为还原剂进行深脱氧。由于在第一段大部分的三氧化钨被碳还原，没有含钨中间气相产物(如：WO₂(OH)₂))的生成，因此，生成的钨颗粒难以通过气相迁移沉积长大，从而制备出粒度分布均匀的纳米钨粉，并且保留的少量的氧可以减少碳的残留。在第二段采用氢气对钨粉进行深脱氧，保证了钨粉的纯度。

本发明提供的一种低成本两段还原制备纳米钨粉的方法包括以下步骤：

(1)将三氧化钨和碳在碳配比不足情况下混合均匀，在惰性气氛下进行一段还原，在缺碳情况下大部分的三氧化钨被还原为纳米钨粉，在产物中保留少量的氧。

(2)将步骤(1)中得到的预还原纳米钼粉在氢气气氛下进行第二段还原，去除剩余的少量的氧，得到纯度较高的纳米钨粉。

进一步地，步骤(1)中所述的一段缺碳还原，其三氧化钨与碳的配比为1.8-2.7，还原温度为900-1200℃，反应时间为0.5-6小时；步骤(2)二段氢气深脱氧的温度为600℃-950℃，还原时间为0.5-6小时。